赣西北九瑞区块王音铺组页岩气成藏条件

2015-02-17刘水根谢国梁杨金华

特种油气藏 2015年4期

关键词：寒武成熟度西北

刘水根，谢国梁，杨金华

(江西省煤田地质局，江西鹰潭 335000)

赣西北九瑞区块王音铺组页岩气成藏条件

刘水根，谢国梁，杨金华

(江西省煤田地质局，江西鹰潭 335000)

根据赣西北九瑞区块下寒武统王音铺组黑色页岩实测剖面、地表样品的测试等资料，对研究区下寒武统王音铺组页岩的分布与沉积特征、地球化学特征、储层特征和页岩气保存条件等进行分析。结果表明：赣西北九瑞区块下寒武统页岩分布较广泛，沉积厚度较大，可达50～150 m，主要为深水陆棚相沉积；页岩的有机质丰度高，TOC含量高达2.0%以上，有机质类型主要为I型，成熟度高，达到过高成熟度阶段；页岩中脆性矿物含量高，以石英为主，黏土矿物含量中等，主要为伊利石。等温吸附实验测试页岩的吸附气含量平均为3.21 m3/t。采用信息叠合法，初选瑞昌—九江一带为该区页岩气有利勘探区，采用体积法计算该区页岩气总资源量为0.93×1012～1.85×1012m3，显示出研究区具有很好的页岩气资源潜力。

赣西北九瑞区块；下寒武统；王音铺组；页岩气；成藏条件；有利勘探区

0 引言

页岩气是一种非常规天然气藏，具有典型的自生自储、原地成藏等特点[1]。全球页岩气资源量估计超过1 000×1012m3，其中中国页岩气资源量约为134×1012m3(不含青藏区)，主要分布于上扬子及滇黔桂区、华北及东北区、中下扬子及东南区等区域[2]，页岩气勘探潜力巨大。江西省页岩气资源丰富，主要分布于赣东北、赣西北及萍乐坳陷地区[3-4]。赣西北九瑞区块位于下扬子地块，其中下寒武统王音铺组黑色页岩广泛分布，有机碳含量较高，具备较好的页岩气生烃物质基础[5]。

1 区域地质背景

赣西北九瑞区块位于江西省西北部，现今大地构造位置位于下扬子陆块的九江坳陷与九岭隆起的交接带，主要由四堡褶皱基底、加里东—印支褶皱盖层和燕山—喜马拉雅大陆边缘断陷盆地沉积等3个构造层组成[6]。出露的地层有新元古代双桥山群、震旦系、寒武系、奥陶系、志留系、泥盆系、石炭系、二叠系、三叠系、古近系和第四系等。此次研究的目的层为下寒武统地层王音铺组，岩性以黑色薄层状页岩、黑色中薄层状含炭页岩为主，地层风化严重，多呈灰白色或紫色。

2 页岩分布及沉积特征

2.1 页岩分布

剖面实测及露头观测表明，王音铺组页岩在研究区分布广泛，沉积厚度较大，可达50～150 m，在新合镇—车桥镇一线附近厚度(150 m以上)最大，是沉积厚度高值条带，向区块南东和北西方向呈逐渐降低趋势(图1)。由图1可以看出，研究区中部区域沉降速度及堆积速度较快，更利于富有机质页岩的形成。

2.2 沉积特征

综合王音铺组页岩岩性特征和微量元素地球化学特征，认为王音铺组沉积时期，水体较深，水动力条件较弱，水体还原性较强，有利于有机质泥页岩的富集和保存。

3 地球化学特征

3.1 有机质丰度

目前主要采用残余总有机碳含量来表征页岩的有机质丰度[7]。根据北美页岩气勘探经验，具有较大勘探潜力泥页岩的TOC应该大于2.0%。赣西北九瑞区块样品的TCO测试结果表明，下寒武统王音铺组泥页岩TOC为2.0%～4.0%，其中横港地区TOC在4.0%以上，以横港地区为高值中心，TOC向区块边缘呈逐渐减低趋势(图1)。

图1 赣西北九瑞区块页岩厚度、TOC及Ro等值线

3.2 有机质类型

黝黑的皮肤、瘦高的身材这是王宝生给记者的第一印象，他从事的工作就是在中军帐瞭望台进行瞭望及时发现火情并上报，他在这座两层的水泥“堡垒”里一待就是十年。“我每天的工作就是瞭望，环绕整个中军帐瞭望台的防火线进行巡查，在这能瞭望到1.3万亩的林地，站的高看的远，哪里有火苗拿望远镜一看就能确定位置。”王宝生说。

有机质类型决定着泥页岩的生气能力和含气量[8]。王音铺组页岩的干酪根镜检结果表明，7块样品的镜检类型指数为88～98，平均值为96，属于I型干酪根。

进一步对王音铺组泥页岩样品进行全岩显微组分测定，表明王音铺组富有机质页岩岩性主要为硅质页岩、粉砂岩，镜下观察黏土矿物和硅质均匀混合，以藻屑体和微粒体居多，呈零星分布，见少量黄铁矿。有机显微组分以腐泥组为主，质量分数为52.20%～96.50%，平均为81.34%，次生组分次之，包括固体沥青、渗出沥青体及微粒体等，质量分数平均为18.66%，几乎不见壳质组、镜质组和惰质组。

3.3 有机质成熟度

有机质成熟度是决定页岩生烃能力的重要指标[8]。通常用镜质组反射率来表征干酪根热成熟度。赣西北九瑞区块下寒武统王音铺组页岩的Ro为2.0%～4.0%(图1)，普遍处于过高成熟度阶段。研究证实，高—过高成熟度泥页岩同样具有页岩产气潜力[9]。

4 矿物储层特征

4.1 矿物组分特征

泥页岩中矿物组分特征是决定泥页岩储层发育的重要影响因素。研究区5块页岩样品的X衍射分析表明(表1)，赣西北九瑞区块泥页岩硅质含量较高，脆性大。王音铺组页岩矿物岩石组成主要为石英、长石和黏土矿物。其中石英含量为62.61%～97.17%，长石含量为0.00～17.10%；黏土矿物含量为8.63%～31.26%，其中伊利石相对含量最高，达75.0%～100.0%，其次为高岭石，含量为0.0～25.0%，还有少量的伊蒙混层(2.63%)和绿泥石(4.0%)。北美产气量最高的Barnett页岩黏土矿物含量约为27.0%，石英含量为40.0%～60.0%。与北美Barnett页岩相比，赣西北九瑞区块王音铺组页岩具有黏土矿物含量中等、石英含量较高的特点，页岩的矿物组成较为相似。相对较高的黏土矿物含量，可形成较多微孔隙，对页岩孔隙度贡献较大，而较高的石英含量，利于后期页岩的人工压裂，有利于页岩气的解吸和渗流。

表1 王音铺组泥页岩样品矿物含量

4.2 储层储集空间及吸附含气性

图2 王音铺组页岩孔裂隙特征的扫描电镜分析图像

这些微孔隙主要为纳米级—微米级孔隙，孔径多小于10.0 μm，以0.1～2.0 μm孔隙为主，部分小于0.1 μm，微裂缝一般为几微米至数十微米，宽1.0～3.0 μm(图2e)，可作为页岩中游离气的渗流空间和运移通道，同时也利于吸附态气体的解吸。

赣西北九瑞区块王音铺组为低孔、低渗储层。页岩样品的物性表明，王音铺组页岩孔隙度为2.60%～9.50%，平均为6.34%，高于北美Barnett页岩的孔隙度(平均为4.00%)；页岩样品的渗透率为0.003 1×10-3～0.020 9×10-3μm2，大于北美Barnett页岩的渗透率(平均为0.001 0×10-3μm2)。可见，赣西北九瑞区块王音铺组页岩具有好的储层物性条件。

页岩的含气量是决定页岩是否值得开采的重要参数。研究区5块王音铺组页岩等温吸附测试结果显示，王音铺组页岩的吸附气含量为0.69～8.19 m3/t，平均为3.21 m3/t，朗格缪尔压力为1.77～1.97 MPa，平均为1.87 MPa。从吸附气量来看，远大于北美商业开发的页岩气下限(总含气量1.0 m3/t)，具备商业开发价值。

4.3 页岩气保存条件

页岩气具有自生自储的特征，相对常规油气而言，对保存条件的要求有所降低。研究表明，中国南方的海相页岩与北美相比最大不同之处在于页岩的成熟度普遍偏高，且经历了复杂的构造运动，而构造因素引起保存条件的差异是南方海相页岩气富集高产的关键因素。

赣西北九瑞区块在地质历史时期，主要经历了加里东运动、印支运动和燕山运动等3次较大的构造运动，其中印支运动和燕山运动对该区的影响较大，产生了较多褶皱和断裂带，对页岩气的保存具有一定的破坏作用。但由于页岩气赋存状态的特殊性(吸附气含量可占到总含气量的40%～60%)，加之研究区经历了多次地壳的沉降和抬升，导致王音铺组页岩的温度和压力相应降低，在页岩内发生了游离气向吸附气转化的过程，使得吸附气含量相对增多[5]，对吸附态页岩气的保存至关重要。

5 有利区及页岩气资源量预测

以地质资料为基础，采用信息叠合法，利用地层厚度、埋深、有机碳含量、有机质成熟度以及断裂发育程度等指标，初选出瑞昌—九江县一线为赣西北九瑞区块的页岩气有利发育区(图1)。瑞昌—九江有利区位于赣西北九瑞区块中东部，面积为902.8 km2，有机碳含量高，TOC普遍处于2.0%～4.0%之间，Ro值中等，为2.0%～4.0%，富有机质页岩厚度为100～150 m，埋深为1 050～4 050 m，相对远离断裂发育区域。

利用体积法对该有利区进行资源量评价。体积法的评价基础是页岩气的蕴藏方式，不依赖于气井的生产动态趋势，是勘探开发前期和初期资源量及储量评估的常用方法。页岩气含气量主要包括吸附气和游离气，因此，页岩气总资源量为吸附气总量和游离气总量之和。即：

Q总=Q吸+Q游

(1)

Q总=0.01Ahρq

(2)

q=qa+qf

(3)

式中：Q总、Q吸、Q游分别为页岩气总资源储量、吸附气总量和游离气总量，108m3；A为面积，km2；h为有效厚度，m；ρ为页岩密度，t/m3；q为总含气量，m3/t；qa为吸附气含量，m3/t；qf为游离气含量，m3/t。

由地质资料可知，赣西北九瑞区块王音铺组页岩分布广泛，黑色页岩厚度平均为112 m，密度为2.28 t/m3，吸附气含量为3.21 m3/t，以吸附气含量占总含气量40%～60%，计算出总含气量为4.012 5～8.025 0 m3/t，由式(2) 进一步计算出瑞昌—九江有利区的页岩气地质资源量为0.93×1012～1.85×1012m3，显示出较好的资源潜力。

6 结论

(1) 赣西北九瑞区块下寒武统王音铺组页岩分布较为广泛，黑色页岩厚度为50～150 m，主要为浅海陆棚沉积环境，有利于富有机质泥页岩的富集和保存；研究区王音铺组页岩有机碳含量高，多数为2.0%～4.0%，热演化程度高，普遍达到过高成熟度阶段。干酪根镜检结果显示王音铺组页岩干酪根类型为Ⅰ型。

(2) 研究区王音铺组页岩脆性高，以石英、长石等脆性矿物为主，其中石英含量为62.61%～97.17%，平均为77.78%，长石含量为0.00～17.10%，平均为5.55%，表明具有好的压裂潜力。黏土矿物含量中等，含量为8.63%～31.26%，平均为15.22%，主要为伊利石，其次为高岭石，以及少量的伊蒙混层和绿泥石，不见蒙脱石。

(3) 在系统研究赣西北九瑞区块下寒武统王音铺组页岩的分布及沉积特征、地球化学特征、储层特征和页岩气保存条件等基础上，认为研究区王音铺组页岩气的成藏条件较好，采用信息叠合法，初选出研究区瑞昌—九江一线为页岩气的有利勘探区，并利用体积法计算该有利区的页岩气地质资源量为0.93×1012～1.85×1012m3，显示出较好的页岩气资源前景。

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编辑林树龙

20150307；改回日期：20150613

江西省重大科技专项“页岩气赋存机理和富集规律及可采性研究”(20124ABE02103)和“江西省页岩气资源综合评价”(20124ABE02108)